摘要：總結(jié)了浙江石油化工有限公司40 Mt/a煉化一體化項目的規(guī)劃設(shè)計，重點解決了7個關(guān)鍵技術(shù)問題。設(shè)計原油采用高硫高酸方案；重油加工工藝采用固定床渣油加氫脫硫+重油催化裂化+延遲焦化+渣油漿態(tài)床加氫裂化工藝，是加氫和脫碳組合工藝模式；柴油和蠟油采用多產(chǎn)優(yōu)質(zhì)重石腦油的加氫裂化工藝，增產(chǎn)重石腦油10.85 Mt/a；煉化過程副產(chǎn)的輕烴(C2～C5)供給2套1.4 Mt/a蒸汽裂解裝置和1套0.6 Mt/a丙烷脫氫裝置；煤和自產(chǎn)的石油焦采用氣化工藝滿足項目清潔工藝燃料和氫氣的供應(yīng)；綜合利用海水，為項目提供全部生產(chǎn)用水；采用大型化、標準化和模塊化設(shè)計。項目實施后，主要工藝裝置規(guī)模和技術(shù)經(jīng)濟指標達到了世界級水平，實現(xiàn)了分子煉油，項目煉化一體化率高達62.4%，成品油收率僅為37.7%。

關(guān)鍵詞：煉化一體化 原油品種 重油加工 輕烴利用 重石腦油 燃料 氫氣 海水綜合利用

浙江石油化工有限公司(浙江石化)40 Mt/a(裝置規(guī)模，下同)煉化項目位于浙江省舟山市，是目前為止全球最大的一次整體規(guī)劃設(shè)計、分兩階段實施并建成投產(chǎn)的煉化一體化工程。一期項目包括20 Mt/a煉油、5.2 Mt/a芳烴(4.0 Mt/a 對二甲苯PX和1.2 Mt/a苯)、1.4 Mt/a乙烯及下游化工裝置，二期項目包括20 Mt/a煉油、6.6 Mt/a芳烴(4.8 Mt/a PX和1.8 Mt/a苯)、1.4 Mt/a乙烯及下游化工裝置，分別于2019年12月和2022年1月打通全流程，主要工藝裝置規(guī)模和技術(shù)經(jīng)濟指標都達到了世界級水平，極大改善了國內(nèi)芳烴產(chǎn)業(yè)鏈的原料供應(yīng)情況，提升了華東地區(qū)的成品油供應(yīng)能力和國內(nèi)化工產(chǎn)品的保障能力，同時提升了全球競爭力。

在40 Mt/a煉化項目的規(guī)劃設(shè)計階段，重點解決了7個關(guān)鍵技術(shù)問題：設(shè)計原油品種的配置，重油加工工藝的優(yōu)化選擇，多產(chǎn)優(yōu)質(zhì)重石腦油的方案選擇，副產(chǎn)輕烴的增值深加工，清潔工藝燃料和氫氣的供應(yīng)，海水的綜合利用，以及大型化、標準化和模塊化的設(shè)計。

1 規(guī)劃設(shè)計的基本要求

40 Mt/a煉化項目的規(guī)劃設(shè)計始于2014年，當時國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了煉油產(chǎn)能階段性和結(jié)構(gòu)性過剩問題，但主要化工原料產(chǎn)品依然需要大量進口，特別是PX自給率長期處于40%的局面，嚴重制約了下游PTA(精對苯二甲酸)-PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)-紡織行業(yè)的發(fā)展和整個產(chǎn)業(yè)鏈的定價權(quán)。

浙江石化選用遠離大陸的孤島——魚山島作為廠址，依托靠近市場的、優(yōu)越的地理位置和海運條件，最初以多產(chǎn)PX產(chǎn)品為核心，為了充分利用副產(chǎn)的輕烴增加了蒸汽裂解等烯烴產(chǎn)品鏈。項目基本要求如下：按照煉化一體化的模式，最大化多產(chǎn)PX，盡量減少成品油收率(原則上低于40%)，化工產(chǎn)品走規(guī)?；?、差異化、特色化、多元化、高端化發(fā)展道路，打造國際一流的煉化產(chǎn)業(yè)基地。

2 重點解決的7個關(guān)鍵技術(shù)問題

2.1 設(shè)計原油品種的配置

設(shè)計原油的選擇是大型煉化項目規(guī)劃設(shè)計的起點，需要從全球原油資源量、產(chǎn)量、貿(mào)易量的現(xiàn)狀和預(yù)測出發(fā)，綜合考慮原油供應(yīng)可靠性和可獲得性等多方面因素[1]。2014年，國內(nèi)原油凈進口量首次突破300 Mt，主要來自中東、非洲、美洲以及中亞-俄羅斯，且國產(chǎn)原油產(chǎn)量多年來基本維持在200 Mt/a的水平,項目規(guī)劃的40 Mt/a原油加工能力使當時的進口比例直接增加了13.33%。對全球油氣資源潛力與分布進行分析得知，中東地區(qū)是全球常規(guī)油氣剩余探明儲量、油氣累計產(chǎn)量、油氣儲量增長量、待發(fā)現(xiàn)油氣資源量最大的地區(qū)，其油氣總資源量占全球的35.85%，其次是北美、南美、非洲地區(qū)[2-3]。

綜上所述，將一期項目20 Mt/a原油分為高硫中質(zhì)和高硫含酸兩個常減壓系列，高硫中質(zhì)系列按照伊朗輕質(zhì)原油∶沙特中質(zhì)原油為1∶1，高硫含酸系列按照伊朗重質(zhì)原油∶巴西Frade原油為 7∶3，其中巴西Frade原油是典型的高酸重質(zhì)機會原油；二期項目20 Mt/a原油按照高硫中間基設(shè)計，沙輕原油∶沙重原油為1∶1。4套常減壓蒸餾裝置的設(shè)計混合原油基本性質(zhì)見表1。同時，在原油罐區(qū)按照輕、中、重、酸分類存儲和調(diào)合，具備加工全球90%以上原油的能力，增加了原油采購靈活性。

表1 設(shè)計混合原油基本性質(zhì)
Table 1 Basic properties of design blended crude oil

2.2 重油加工工藝的優(yōu)化選擇

重油餾分的經(jīng)濟性加工是原油增值最重要的手段之一。加工工藝按照技術(shù)成熟性、先進性、靈活性、可替代性的選擇原則，同時盡量減少對外部資源的利用。該項目無天然氣供應(yīng)，煤炭供應(yīng)也相對有限。

該項目減壓渣油的產(chǎn)量達到了9.76 Mt/a，產(chǎn)量及基本性質(zhì)見表2。由表2可知，減壓渣油1，3，4的金屬(Ni+V)含量相對較低，而減壓渣油2的金屬(Ni+V)質(zhì)量分數(shù)高達376 μg/g。因此在一期項目中，減壓渣油1適合作為渣油加氫裝置原料，規(guī)劃5.0 Mt/a渣油加氫脫硫裝置(雙系列)+4.2 Mt/a重油催化裂化裝置，催化裂化汽油作為汽油池的主要調(diào)合組分；而減壓渣油2則采用脫碳工藝，設(shè)置3.2 Mt/a延遲焦化裝置，副產(chǎn)的高硫石油焦與煤一起作為氣化裝置的原料生產(chǎn)氫氣和合成氣，實現(xiàn)渣油組合加工和清潔化生產(chǎn)，同時該加氫與脫碳組合工藝的氫氣消耗較低，僅需補充氫氣96 kt/a。隨著渣油加氫裂化工業(yè)化逐漸成熟，二期項目實際執(zhí)行中調(diào)整為2套3.0 Mt/a渣油加氫裂化裝置，進料的硫質(zhì)量分數(shù)6.5%、氮質(zhì)量分數(shù)6 mg/g、殘?zhí)?6%、金屬(Ni+V)質(zhì)量分數(shù)350 μg/g，重油轉(zhuǎn)化率高達93%以上，剩余的油渣作為氣化原料并回收金屬Ni，V和Mo。

表2 渣油產(chǎn)量及基本性質(zhì)
Table 2 Yield and basic properties of residue

2.3 多產(chǎn)優(yōu)質(zhì)重石腦油的方案選擇

對國內(nèi)外連續(xù)重整裝置和PX裝置的工業(yè)運行情況進行了綜合評價，分別將單系列連續(xù)重整裝置和PX裝置的規(guī)模設(shè)置為3.8，2.0 Mt/a，緣于技術(shù)進步將二期項目的PX裝置規(guī)模定義為2.4 Mt/a，工業(yè)運行結(jié)果證明該方案是成功可行的[4-5]。

最大量生產(chǎn)三苯的重石腦油原料的餾程為60～165 ℃ ，即C6～C10的石腦油，而一般原油的直餾石腦油收率小于15%，因此大量獲得優(yōu)質(zhì)重石腦油成為規(guī)劃設(shè)計的重點。綜上所述，該項目柴油餾分、輕蠟油餾分全部選擇多產(chǎn)石腦油的加氫裂化工藝，其中一期項目柴油加氫裂化裝置規(guī)模分別為3.5，3.5 Mt/a，蠟油加氫裂化裝置規(guī)模為4.0 Mt/a，重石腦油產(chǎn)量合計5.20 Mt/a；二期項目柴油加氫裂化裝置規(guī)模分別為4.0，3.5 Mt/a，蠟油加氫裂化裝置規(guī)模為4.0 Mt/a，重石腦油產(chǎn)量合計5.65 Mt/a。整個項目的優(yōu)質(zhì)重石腦油可滿足4套3.8 Mt/a連續(xù)重整裝置的需求，重石腦油占加工原油的比例達到38.0%，裂化優(yōu)質(zhì)石腦油約占重整原料的75%。

2.4 副產(chǎn)輕烴的增值深加工

2.4.1 C2資源的回收利用

在規(guī)劃設(shè)計中，為了優(yōu)化乙烯裂解原料，充分回收了各工藝裝置副產(chǎn)干氣中的C2組分，一期項目和二期項目分別設(shè)置了規(guī)模為0.9，1.6 Mt/a的C1/C2分離裝置，采用淺冷油吸收工藝回收C2。一期項目得到富乙烯氣體73 kt/a和富乙烷氣體320 kt/a，同時回收氫氣38 kt/a[6]；二期項目得到富乙烷氣體570 kt/a并將其作為蒸汽裂解原料，分離氫氣83 kt/a。

2.4.2 C3～C4 液化石油氣的綜合利用

在規(guī)劃設(shè)計中，液化石油氣的綜合利用按照飽和與不飽和兩條路線展開。催化裂化和焦化液化石油氣的加工流程較為常規(guī)：氣體分離-MTBE(甲基叔丁基醚)-烷基化，分離出的丙烯作為化工原料，丙烷作為0.6 Mt/a丙烷脫氫裝置原料。飽和液化石油氣進C3/C4分離裝置，分離得到丙烷、正丁烷和異丁烷。C3和C4產(chǎn)量及出路見表3。

表3 C3和C4產(chǎn)量及出路
Table 3 Yield and plan of C3 and C4

2.4.3 C5輕烴的利用

一期項目的C5輕烴產(chǎn)量為2.13 Mt/a，主要是來自柴油和蠟油加氫裂化裝置的輕石腦油，餾程25～75 ℃,密度655 kg/m3,硫和氮質(zhì)量分數(shù)均小于0.5 μg/g，研究法辛烷值80，馬達法辛烷值76，雷德蒸氣壓0.075 MPa。如果該C5輕烴作為汽油調(diào)合組分,存在辛烷值偏低、蒸氣壓偏高的問題;如果作為蒸汽裂解原料,存在乙烯收率偏低、干氣收率過高的缺點，因此規(guī)劃進行輕、重C5分離。異構(gòu)C5富集在輕端，研究法辛烷值高達87；重端則富集了正構(gòu)C5和部分C6(其中正戊烷約占73%)，屬于優(yōu)質(zhì)的蒸汽裂解原料，實現(xiàn)了分子煉油，綜合平衡了汽油池和蒸汽裂解原料。

2.5 清潔工藝燃料和氫氣的供應(yīng)

在項目規(guī)劃中，清潔工藝燃料和氫氣的供應(yīng)也是一項需要考慮的重要內(nèi)容。浙江石化一期項目所有工藝需要消耗標準燃料約2.6 Mt/a，而自產(chǎn)標準燃料約1.62 Mt/a，需要額外補充標準燃料約0.98 Mt/a；需要氫氣(純度99.9%)約560 kt/a，副產(chǎn)氫氣約465 kt/a，在充分回收氫氣資源的情況下，還需要氫氣95 kt/a。

在缺少天然氣供應(yīng)的情況下，補充清潔燃料和氫氣的供應(yīng)只能依靠氣化裝置。一期項目的氣化原料為自產(chǎn)的石油焦和煤，設(shè)置了6臺2.5 kt/d的水煤漿氣化爐，采用4開2備的運行模式，設(shè)計壓力6.5 MPa，有效氣680 dam3/h[7]，合成氣的主要組成為55%CO+40%H2+4.55%CO2，熱值約為11.304 MJ/m3。綜合考慮合成氣的低熱值因素和CO濃度偏高的安全因素，設(shè)置了干氣管網(wǎng)和合成氣管網(wǎng)。該措施可以保證工藝反應(yīng)爐(加氫反應(yīng)爐、蒸汽裂解爐)使用副產(chǎn)的干氣作為燃料，同時也可保證大負荷普通工藝物料加熱爐(常減壓加熱爐、芳烴重沸爐、加氫重沸爐等)使用合成氣作為燃料。

2.6 海水的綜合利用

海水資源的綜合利用是沿海石化基地的重要研究內(nèi)容。浙江石化處于長江和錢塘江河口地帶，呈孤島狀態(tài)，沒有淡水供應(yīng)。國內(nèi)在海水利用方面做了很多研究，如海水直接冷卻、海水循環(huán)冷卻、海水淡化等[8]，但是一個大型石化基地的全部工業(yè)用水都依靠海水，這在國內(nèi)尚屬首次。

2.6.1 海水淡化獲取工業(yè)水

一般煉化項目都面臨低溫余熱多、經(jīng)濟利用難的問題。以該項目的連續(xù)重整-芳烴聯(lián)合裝置為例，預(yù)估單系列的低溫?zé)峥蛇_300 MW，若能充分利用可極大降低工藝裝置的能耗和操作成本。

海水淡化系統(tǒng)采用低溫多效蒸餾熱法，同時以反滲透膜法作為補充，形成熱法+膜法組合工藝模式。整個項目設(shè)置了7熱+6膜和8熱+8膜兩種組合，相應(yīng)的海水淡化能力分別為190，250 dam3/d，其中單套熱法的淡化能力為25 dam3/d，單套膜法的淡化能力為15 dam3/d，初期核算的熱法每噸水成本為 4.5～5.0元，膜法每噸水成本為6.5～7.0元。一期項目膜法工藝實際運行時，5套海水反滲透裝置設(shè)置為4套17.64 dam3/d+1套35.28 dam3/d，配備6套15 dam3/d淡水反滲透裝置，成本降至3.08元/m3[9]。

2.6.2 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)置

一期項目的循環(huán)水估算量高達500 dam3/h，其中煉油芳烴區(qū)約140 dam3/h，化工區(qū)約320 dam3/h。項目實施時采用成熟保守的模式，將循環(huán)水分為兩個系統(tǒng)：①常規(guī)開式循環(huán)系統(tǒng)，滿足煉油芳烴區(qū)的需求，主要考慮到換熱器可能會發(fā)生泄漏，避免污染整個循環(huán)水系統(tǒng)；②閉式循環(huán)水與海水冷卻相結(jié)合的系統(tǒng)，為化工生產(chǎn)裝置服務(wù)。

2.7 大型化、標準化和模塊化的設(shè)計

一次性規(guī)劃40 Mt/a一體化項目在全球煉化發(fā)展過程中是比較罕見的巨型工程，多套工藝裝置規(guī)模達到世界級最大水平，各種工藝、公用工程和系統(tǒng)物流數(shù)量巨大，因此規(guī)劃設(shè)計時應(yīng)在大型化、標準化和模塊化方面進行大量細致的研究。

大型化、標準化和模塊化的研究從工藝裝置的配置和規(guī)模開始，包括工藝加熱爐、蒸汽裂解爐等，再到配套公用工程的分區(qū)域設(shè)置和標準單元設(shè)置等。大型化和標準化典型實例見表4。二期項目部分工藝裝置和系統(tǒng)直接參照了一期項目的設(shè)計圖、采購訂貨方式等，縮短了設(shè)計和采購周期，加快了項目建設(shè)。同時盡可能采用模塊化方式，減少現(xiàn)場人員和工作量，降低工作難度，保證施工質(zhì)量。例如，3.80 Mt/a連續(xù)重整加熱爐(23.21 m×18.9 m×40 m、約1 500 t)和200 kt/a液體原料乙烯裂解爐(高53 m、約3 689 t)等設(shè)備在工廠模塊化制造，整體運輸安裝。

表4 大型化和標準化典型實例
Table 4 Typical examples of large-scale and standardization

3 工業(yè)運行結(jié)果與結(jié)論

浙江石化40 Mt/a煉化一體化項目建成投產(chǎn)后，煉化一體化率高達62.4%，成品油收率僅為37.7%，工業(yè)運行結(jié)果充分證明了總體規(guī)劃設(shè)計是成功的。

(1)原油品種采用高硫高酸設(shè)計，適應(yīng)性好，2020年一期項目加工原油23.06 Mt，共計24個種類，原油采購靈活性高，裝置加工適應(yīng)性好。

(2)重油加工采用加氫與脫碳組合的工藝模式，既有固定床渣油加氫脫硫+催化裂化裝置的深加工，也有成熟可靠的延遲焦化工藝，同時采用渣油漿態(tài)床加氫裂化工藝實現(xiàn)了渣油高效轉(zhuǎn)化輕質(zhì)化。

(3)采用柴油和蠟油加氫裂化工藝多產(chǎn)優(yōu)質(zhì)重石腦油，滿足了4套3.8 Mt/a連續(xù)重整裝置的原料需求，重石腦油占加工原油的比例達到 38.0%，裂化優(yōu)質(zhì)石腦油約占重整原料的75%。

(4)煉化轉(zhuǎn)化過程副產(chǎn)的輕烴(C2～C5)得到了充分利用，供給2套1.4 Mt/a蒸汽裂解裝置和1套0.6 Mt/a丙烷脫氫裝置，實現(xiàn)了化工產(chǎn)業(yè)鏈的深度發(fā)展。

(5)煤和自產(chǎn)的石油焦采用氣化工藝，滿足了整個項目清潔工藝燃料和氫氣的供應(yīng)，實現(xiàn)了項目無固體黑色產(chǎn)品出廠的清潔化生產(chǎn)模式。

(6)實現(xiàn)了大型煉化項目工業(yè)用水全部依靠海水淡化的先例，充分利用低溫余熱，投資經(jīng)濟性較好。

(7)大型化、標準化和模塊化設(shè)計的應(yīng)用使多套工藝裝置和系統(tǒng)的規(guī)模達到了世界級水平，同時縮短了設(shè)計和采購周期，加快了二期項目的建設(shè)。本文內(nèi)容由石化緣整理發(fā)布